對(duì)完整RyR2-R2474S突變小鼠心臟的電壓和鈣信號(hào)的光學(xué)標(biāo)測(cè)研究

研究背景：
兒茶酚胺敏感性多形性室性心動(dòng)過(guò)速（CPVT）是一種罕見(jiàn)的遺傳性心律失常綜合征，因體力活動(dòng)、應(yīng)激和兒茶酚胺激發(fā)等原因，可發(fā)展為潛在致命性室顫（VF）。其典型癥狀包括運(yùn)動(dòng)或情緒應(yīng)激后反復(fù)發(fā)作的暈厥、癲癇或猝死。既往研究已鑒定出多個(gè)與CPVT及肌漿網(wǎng)（SR）鈣釋放相關(guān)的基因，包括RyR2、FKBP12.6、CASQ2、TRDN和CALM1-3。當(dāng)兒茶酚胺激發(fā)促使RyR敏感性增加，導(dǎo)致胞質(zhì)Ca²⁺升高時(shí)，心肌細(xì)胞胞質(zhì)鈣波更易出現(xiàn)。目前，RyR2通道缺陷導(dǎo)致CPVT患者室性心律失常的機(jī)制仍不完全明確。

以往研究提出“雙時(shí)鐘理論”解釋心臟正常和異常的電生理功能。時(shí)鐘理論有望闡明特定的膜蛋白或鈣離子處理蛋白的功能障礙是如何導(dǎo)致包括CPVT在內(nèi)的心律失常的。RyR2-R2474S突變小鼠會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的室性心律失常和心源性猝死的情況。

基于此，西南醫(yī)科大學(xué)心血管研究所雷鳴教授和譚曉秋教授團(tuán)隊(duì)對(duì)野生型小鼠（WT）以及攜帶RyR2-R2474S突變的小鼠的心臟進(jìn)行了研究。其成果"Dual calcium-voltage optical mapping of regional voltage and calcium signals in intact murine RyR2-R2474S hearts"在《Journal of Molecular and Cellular Cardiology Plus》雜志發(fā)表，本次研究為在組織水平上理解CPVT的致心律失常機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。
研究方法：
在本研究中，應(yīng)用高分辨熒光標(biāo)測(cè)技術(shù)（Optical Mapping）研究了WT小鼠和RyR2雜合子R2474S突變小鼠(RyR2-R2474S)的心臟在對(duì)照和腎上腺素應(yīng)激條件下的動(dòng)作電位(AP)和細(xì)胞內(nèi)鈣瞬變(CaT)等電生理指標(biāo)的差異。

研究結(jié)果：
1. RyR2-R2474S/+心臟表現(xiàn)出高度的促心律失常傾向
文章首先評(píng)估了WT小鼠和RyR2-R2474S/+小鼠在接受腎上腺素能刺激前后的致心律失常傾向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在體實(shí)驗(yàn)中，異丙腎上腺素（ISO；10mg / kg）刺激后，RyR2 - R2474S/+ 小鼠出現(xiàn)了高發(fā)生率的室性心律失常事件，而野生型小鼠未出現(xiàn)此類情況；在離體實(shí)驗(yàn)中也是如此。相位圖顯示，RyR2 - R2474S/+ 小鼠心臟的整體心電活動(dòng)中存在與室性心律失常相關(guān)的異常折返現(xiàn)象，而野生型小鼠心臟電傳導(dǎo)正常。在離體心臟實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)對(duì)RyR2 - R2474S/+ 小鼠心臟進(jìn)行腎上腺素能刺激并結(jié)合快速起搏方案（50Hz）時(shí)，觀察到典型的多形性室性心動(dòng)過(guò)速（VT）。這表明，RyR2-R2474S/+小鼠心臟出現(xiàn)高度的促心律失常傾向。
  2. RyR2-R2474S/+心臟表現(xiàn)為Ca2+動(dòng)力學(xué)異常，但未伴有動(dòng)作電位時(shí)程和傳導(dǎo)異常
隨后，我們采用高分辨熒光標(biāo)測(cè)技術(shù)，利用Langendorff離體心臟灌流對(duì)WT和RyR2 - R2474S/+小鼠的心臟進(jìn)行標(biāo)測(cè)。圖2展示了刺激后對(duì)鈣瞬變（CaT）時(shí)程評(píng)估的結(jié)果。結(jié)果表明，無(wú)論在ISO刺激前還是刺激期間，RyR2 - R2474S/+ 小鼠的CaTD50均顯著長(zhǎng)于野生型小鼠。ISO刺激使兩組的CaT縮短，但在RyR2 - R2474S/+ 小鼠心室中縮短的程度（ΔCaTD）小于野生型小鼠。此外，與野生型相比，RyR2 - R2474S/+ 小鼠的CaTD80離散度降低，且在ISO刺激后無(wú)變化。

對(duì)RyR2 - R2474S/+ 和野生型小鼠的左、右心室（LV 和 RV）心尖和心底區(qū)域的CaTD50和CaTD80進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)一步證實(shí)了上述趨勢(shì)。熒光標(biāo)測(cè)結(jié)果表明，在兩組小鼠中，無(wú)論是在ISO刺激前還是刺激期間，左心室心尖的CaTD最長(zhǎng)。在ISO刺激前，與野生型相比，RyR2 - R2474S/+ 小鼠的CaTD50和CaTD80更長(zhǎng)。ISO刺激加劇了這些差異。